王喜英，莫忠妹，李德燕，張露露，3，4，趙輝，3，4*，譚智勇，3，4，侯建偉

（1 銅仁學(xué)院，貴州銅仁 554300；2 安順學(xué)院，貴州安順 561000；3 銅仁學(xué)院鄉(xiāng)村振興研究中心，貴州銅仁 554300；4 貴州省高等學(xué)校山地國(guó)土空間智能監(jiān)測(cè)與政策仿真工程研究中心，貴州銅仁 554300）

塑料污染已成為21 世紀(jì)全球最嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題之一。全球塑料總產(chǎn)量從20 世紀(jì)50 年代的200 萬(wàn)t 增加到2019 年的3.68 億t，其中近80%的塑料垃圾直接或間接排放到自然環(huán)境中（Fan et al.，2022）。在紫外線、高溫和生物作用下，塑料被分解成小于5 mm 的顆粒，即微塑料（MPs）（Thompson et al.，2004）。微塑料易吸收污染物和積累病原物等特定微生物，通過(guò)食物網(wǎng)和食物鏈對(duì)生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)（Ren et al.，2021）。土壤作為微塑料的主要載體，其微塑料含量是海洋的4～23 倍（Jacques & Prosser，2021）。近年來(lái)，由于微塑料對(duì)糧食安全和人類健康的潛在危害，農(nóng)業(yè)土壤中微塑料污染問(wèn)題已經(jīng)引起全球的重點(diǎn)關(guān)注（Bank et al.，2020）。施用堆肥、污水灌溉、聚合物基肥料、大氣沉降、溫室材料和地膜被認(rèn)為是農(nóng)業(yè)土壤微塑料的主要來(lái)源（Kumar et al.，2020）。吳亞梅等（2022）研究表明，北京市設(shè)施菜地土壤微塑料豐度范圍為（440 ± 179.63）～（2 366.67 ±347.21）n · kg-1，平均豐度為（1 405.19 ± 584.30）n · kg-1；微塑料主要類型為聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）。Zhang 和Liu（2018）研究表明，西南地區(qū)設(shè)施菜地土壤微塑料豐度范圍為7 100～42 960 n ·kg-1。由此可知，設(shè)施菜地土壤微塑料含量普遍較高，不利于蔬菜生長(zhǎng)。微塑料摻入和積累會(huì)直接或間接對(duì)土壤生態(tài)功能產(chǎn)生影響，改變土壤微生物群落多樣性，對(duì)土壤質(zhì)量的影響因微塑料類型不同而未達(dá)成共識(shí)（Almeida et al.，2020）。

土壤微生物作為生態(tài)系統(tǒng)的分解者，積極參與物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)，是土壤環(huán)境變化的敏感指標(biāo)，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用（Ren et al.，2019）。微塑料通過(guò)改變土壤容重、孔隙度、電導(dǎo)率、pH 和養(yǎng)分含量，最終影響土壤微生物群落組成和代謝活性（Yan et al.，2021）。因此，微塑料介導(dǎo)下土壤微生物群落可能會(huì)改變生物地球化學(xué)循環(huán)，從而影響土壤生態(tài)系統(tǒng)的整體功能。Fei 等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，添加1%～5%的聚乙烯或5%的聚氯乙烯微塑料會(huì)導(dǎo)致土壤細(xì)菌群落的豐富度和多樣性下降。Yan 等（2021）研究認(rèn)為，聚氯乙烯微塑料對(duì)土壤細(xì)菌群落多樣性和組成無(wú)顯著影響，然而一些細(xì)菌屬存在顯著減少或富集。Rong等（2021）研究發(fā)現(xiàn)，在低密度聚乙烯微塑料存在的條件下，土微菌屬、分枝桿菌屬和生絲微菌屬能很好地生長(zhǎng)，對(duì)微塑料具有耐受性。由此可知，微塑料類型對(duì)土壤微生物的影響具有差異性；同時(shí)，考慮到未來(lái)土壤微塑料污染可能會(huì)持續(xù)或變得更加嚴(yán)重，因此開(kāi)展微塑料類型對(duì)土壤微生物群落影響的研究勢(shì)在必行。

生物炭具有改善土壤質(zhì)量，增強(qiáng)污染物吸附，提高有機(jī)污染物情況下的微生物活性或微生物利用能力的作用（He et al.，2018）。生物炭可直接為土壤微生物提供保護(hù)和營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)，或間接通過(guò)改變土壤特性為微生物提供更適宜的生活環(huán)境（Zhu et al.，2017；Luo et al.，2018）。目前，關(guān)于單一微塑料類型或生物炭對(duì)土壤微生物影響的研究較多。然而，關(guān)于生物炭添加到微塑料污染土壤中，能否改善土壤質(zhì)量，如何影響微生物群落結(jié)構(gòu)、豐度及其生態(tài)功能尚不明確，需要開(kāi)展進(jìn)一步的研究。為此，本試驗(yàn)采用盆栽方式，應(yīng)用熒光定量PCR 和MiSeq 高通量測(cè)序技術(shù)，開(kāi)展生物炭對(duì)不同類型微塑料污染下普通白菜生長(zhǎng)發(fā)育以及土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)、豐度和功能預(yù)測(cè)的研究，以期從微生物角度為土壤生態(tài)系統(tǒng)中微塑料污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

土壤采集于貴州省銅仁市土坪村（109°13′3″E，27°32′27″N）典型黃壤土，海拔650 m。土壤采樣區(qū)域無(wú)塑料污染，且通過(guò)肉眼和顯微鏡在土壤中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)微塑料。0～20 cm 新鮮土壤經(jīng)風(fēng)干后過(guò)2 mm 篩，備用。土壤基本理化性質(zhì)：pH 6.43，全氮含量1.54 g · kg-1，有機(jī)碳含量29.41 g · kg-1，速效鉀含量47.22 mg · kg-1，速效磷含量19.23 mg · kg-1。

供試普通白菜品種為四季小白菜，購(gòu)自天津市宏豐蔬菜研究有限公司。

聚 丙 烯（polypropylene，PP）、 聚 乙 烯（polyethylene，PE）、聚氯乙烯（polyvinylchloride，PVC）尺寸為180～200 μm，分別用超純水洗滌3次，干燥箱干燥，并用紫外燈消毒。生物炭由馬弗爐在500 ℃下對(duì)水稻秸稈進(jìn)行熱解產(chǎn)生，其基本理化性質(zhì)：pH 8.56，有機(jī)碳含量535.07 g · kg-1，全氮含量6.37 g · kg-1，全磷含量5.78 g · kg-1，全鉀含量11.15 g · kg-1，比表面積212 m2· g-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

普通白菜采用盆栽方式，共設(shè)計(jì)7 個(gè)處理，不同微塑料添加濃度按微塑料與土壤質(zhì)量比計(jì)算，每處理3 次重復(fù)，分別為：CK，對(duì)照，不添加微塑料和生物炭；PP，添加1%聚丙烯；PE，添加1%聚乙烯；PVC，添加1%聚氯乙烯；PPR，添加1%聚丙烯 + 1%生物炭；PER，添加1%聚乙烯 + 1%生物炭；PVCR，添加1%聚氯乙烯 + 1%生物炭。試驗(yàn)中設(shè)置的微塑料和生物炭添加量主要參考了目前文獻(xiàn)報(bào)道的土壤微塑料含量（費(fèi)禹凡 等，2021；Han et al.，2022）。

試驗(yàn)于2022 年11 月在銅仁學(xué)院塑料大棚內(nèi)進(jìn)行，各處理添加的微塑料、生物炭與土壤混合均勻后，裝入高21 cm、直徑21 cm 塑料盆中，盆栽用土4 kg，共計(jì)21 盆。為保證添加微塑料在土壤中趨于均勻穩(wěn)定，平衡培養(yǎng)20 d，同時(shí)保持土壤含水量在60%。培養(yǎng)結(jié)束后，播種普通白菜，每盆10粒；待普通白菜出苗后，每盆留苗4 株。普通白菜生長(zhǎng)期間管理水平一致，為避免水中微塑料進(jìn)入，均采用蒸餾水澆灌。播種60 d 后，進(jìn)行普通白菜和土壤樣品采集。每處理的普通白菜植株均用去離子水沖洗干凈，然后用濾紙吸干表面水分，用于生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定，并統(tǒng)計(jì)葉片數(shù)。采用5 點(diǎn)取樣法在植株根系附近取土，每處理混合成1 份土樣，去除植物根系并過(guò)2 mm 篩，然后分為2 份，1 份新鮮土壤用于銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量測(cè)定，余下部分室內(nèi)風(fēng)干后用于土壤理化指標(biāo)測(cè)定；另1 份保存于-20 ℃冰箱，用于土壤微生物DNA 提取。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 普通白菜生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 使用卷尺和電子天平測(cè)定株高、根長(zhǎng)、單株鮮質(zhì)量。

1.3.2 土壤化學(xué)指標(biāo)測(cè)定 采用電位法測(cè)定pH，采用重鉻酸鉀氧化法測(cè)定有機(jī)碳（SOC）含量，采用凱氏定氮法測(cè)定全氮（TN）含量，采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定銨態(tài)氮（NH4+-N）含量，采用酚二磺酸比色法測(cè)定硝態(tài)氮（NO3--N）含量，采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定速效磷（AP）含量，采用火焰光度法測(cè)定速效鉀（AK）含量（鮑士旦，2000）。

1.3.3 土壤DNA 提取和熒光定量PCR 擴(kuò)增 采用DNA 提取試劑盒（Omega，GA，USA），按照試劑盒步驟進(jìn)行土壤DNA 提取。利用核酸定量?jī)x（NanoDrop ND-2000） 對(duì)DNA 濃度和純度進(jìn)行檢測(cè)。利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR（qPCR）技術(shù)對(duì)細(xì)菌（16S rRNA）豐度進(jìn)行分析，細(xì)菌16S rRNA 基因的V3～V4 區(qū)擴(kuò)增引物為：338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAC-3′）和519R（5′-GGACTACNNGGGTATCTAAT-3′）（Zheng et al.，2019）。每個(gè)PCR 擴(kuò)增樣品重復(fù)3 次，通過(guò)Minipre Kit 獲得樣品質(zhì)粒，根據(jù)樣品質(zhì)粒的標(biāo)準(zhǔn)曲線，分別計(jì)算基因拷貝數(shù)。

1.3.3 高通量測(cè)序 采用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)PCR 產(chǎn)物。利用Illumina MiSeq 平臺(tái)對(duì)細(xì)菌16S rRNA 進(jìn)行測(cè)序（上海派森諾生物科技有限公司）。對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制后，在97%相似度水平下進(jìn)行OTU 劃分和歸并。應(yīng)用RDP-classifier分別在16S rRNA 數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)97%相似水平的OTU 代表序列進(jìn)行分類注釋。使用Mothur 軟件分別對(duì)細(xì)菌群落的α 多樣性指數(shù)進(jìn)行分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 21.0 軟件對(duì)普通白菜農(nóng)藝性狀、土壤化學(xué)性質(zhì)和細(xì)菌群落α 多樣性指數(shù)、群落組成相對(duì)豐度進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)。利用R 軟件進(jìn)行土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)聚類、主坐標(biāo)和冗余分析。利用PICRUSt 平臺(tái)對(duì)細(xì)菌功能基因進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭對(duì)微塑料污染下普通白菜生長(zhǎng)的影響

由表1 可知，不同微塑料、生物炭處理對(duì)普通白菜鮮質(zhì)量、株高和根長(zhǎng)有顯著影響。普通白菜鮮質(zhì)量在微塑料和生物炭共存處理中均顯著高于其他處理，而微塑料單一處理均低于對(duì)照。株高在微塑料及其與生物炭共存處理中均高于對(duì)照，其中微塑料和生物炭共存處理高于相應(yīng)的微塑料單一處理。與對(duì)照相比，微塑料和生物炭共存增加了根長(zhǎng)，其中PPR 處理最長(zhǎng)，顯著高于對(duì)照。葉片數(shù)在微塑料及其與生物炭共存處理中均小于對(duì)照。因此，微塑料單一處理對(duì)普通白菜鮮質(zhì)量和葉片數(shù)有抑制作用，而添加生物炭對(duì)微塑料污染下的普通白菜鮮質(zhì)量、株高和根長(zhǎng)均有促進(jìn)作用。

表1 生物炭對(duì)普通白菜微塑料污染下生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

2.2 生物炭對(duì)微塑料污染下土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

由表2 可知，土壤pH 和有機(jī)碳、速效鉀含量在微塑料和生物炭共存條件下均顯著高于其他處理，而微塑料單一處理與對(duì)照之間差異不顯著。土壤全氮含量在微塑料和生物炭共存處理中均顯著低于對(duì)照，但與微塑料單一處理之間差異不顯著。與微塑料單一處理相比，微塑料和生物炭共存增加了土壤速效磷和銨態(tài)氮含量，降低了土壤硝態(tài)氮含量。土壤pH、有機(jī)碳、速效磷、速效鉀和銨態(tài)氮含量均是PVCR 處理最高，且顯著高于對(duì)照。

表2 生物炭對(duì)微塑料污染下土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

2.3 生物炭對(duì)微塑料污染下土壤細(xì)菌基因豐度的影響

細(xì)菌16S rRNA 基因豐度在不同處理中有顯著差異。各處理細(xì)菌16S rRNA 基因拷貝數(shù)為1.27 ×109～1.94 × 109個(gè) · g-1（圖1）。微塑料及其與生物炭共存處理均顯著高于對(duì)照，且微塑料和生物炭共存處理高于微塑料單一處理；PER 處理顯著高于其他處理，分別比對(duì)照及PP、PE、PVC 處理提高了53.41%、23.52%、20.70%、15.90%?？梢?jiàn)，微塑料及其與生物炭共存對(duì)土壤細(xì)菌數(shù)量均有促進(jìn)作用。

圖1 生物炭對(duì)微塑料污染下土壤細(xì)菌基因豐度的影響

為明確土壤細(xì)菌16S rRNA 基因豐度差異的影響因素，分別與土壤化學(xué)性質(zhì)以及普通白菜鮮質(zhì)量、株高、根長(zhǎng)進(jìn)行相關(guān)性分析（圖2）。細(xì)菌16S rRNA 基因豐度分別與土壤pH、速效鉀含量和普通白菜株高呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤全氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與土壤有機(jī)碳、速效磷含量和普通白菜鮮質(zhì)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

圖2 細(xì)菌群落α 多樣性指數(shù)、基因豐度與土壤化學(xué)性質(zhì)以及普通白菜鮮質(zhì)量、株高、根長(zhǎng)的相關(guān)性

2.4 生物炭對(duì)微塑料污染下土壤細(xì)菌16S rRNA測(cè)序結(jié)果和α 多樣性指數(shù)的影響

利用Illumina MiSeq 平臺(tái)對(duì)土壤細(xì)菌16S rRNA 測(cè)序結(jié)果進(jìn)行分析（表3）。不同處理土壤細(xì)菌獲得質(zhì)控后序列數(shù)為62 600～71 809 條。土壤細(xì)菌Chao1 指數(shù)和ACE 指數(shù)變化大致相同，均為PE 處理最高，分別為4 122.87、3 536.03，均顯著高于對(duì)照和PP 處理；各處理的土壤細(xì)菌Shannon指數(shù)和Simpson 指數(shù)差異均不顯著，其中PE 處理Shannon 指數(shù)最高，而對(duì)照Simpson 指數(shù)最高。表明，微塑料及其與生物炭共存對(duì)土壤細(xì)菌群落豐富度有促進(jìn)作用。

表3 生物炭對(duì)微塑料污染下土壤細(xì)菌16S rRNA 測(cè)序結(jié)果及群落α 多樣性指數(shù)的影響

相關(guān)性分析結(jié)果表明（圖2），土壤細(xì)菌Chao1指數(shù)、ACE 指數(shù)與普通白菜株高呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，即土壤細(xì)菌豐富度與普通白菜生長(zhǎng)關(guān)系較為緊密。

2.5 生物炭對(duì)微塑料污染下土壤細(xì)菌群落組成的影響

通過(guò)對(duì)土壤樣品OTUs 進(jìn)行歸類， 在門水平上， 將平均相對(duì)豐度＜ 1% 的類群歸類為其他， 得到6 個(gè)類群（ 圖3）， 分別為放線菌門（Actinobacteria）、 變形菌門（Proteobacteria）、綠彎菌門（Chloroflexi）、厚壁菌門（Firmicutes）、 酸桿菌門（Acidobacteria）和芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）， 其中放 線 菌 門（44.13%～53.85%）、 變 形 菌 門（24.01%～27.96%）、綠彎菌門（5.70%～9.23%）、厚 壁 菌 門（4.81%～5.74%） 和 酸 桿 菌 門（3.87%～6.74%）為優(yōu)勢(shì)菌門，優(yōu)勢(shì)類群相對(duì)豐度的占比為91.28%～95.38%。

圖3 生物炭對(duì)微塑料污染下土壤細(xì)菌門水平群落組成的影響

由圖4 可知，除PE 和PVC 處理外，其他處理的放線菌門相對(duì)豐度均顯著高于對(duì)照，微塑料和生物炭共存處理高于微塑料單一處理；PPR 處理的放線菌門相對(duì)豐度最高，為53.85%，分別比對(duì)照及PP、PE、PVC 處理增加了22.03%、6.23%、15.54%、16.56%，差異均達(dá)顯著水平。對(duì)照的變形菌門相對(duì)豐度最高（27.96%），與微塑料單一處理之間差異不顯著，但均顯著高于微塑料和生物炭共存處理。微塑料和生物炭共存處理綠彎菌門相對(duì)豐度高于其他處理，其中PER 處理最高，為9.23%，顯著高于對(duì)照及PP、PE、PVC 處理。厚壁菌門相對(duì)豐度各處理間差異不顯著。酸桿菌門相對(duì)豐度以對(duì)照最高（6.74%），顯著高于其他處理；PE和PVC 處理的酸桿菌門相對(duì)豐度顯著高于PP、PPR、PER、RVCR 處理。

圖4 生物炭對(duì)微塑料污染下土壤細(xì)菌門水平優(yōu)勢(shì)類群的影響

在屬水平上，得到相對(duì)豐度在1%以上的18個(gè)類群（圖5），其中類諾卡氏菌屬（Nocardioides）和Oryzihumus相對(duì)豐度高于其他屬。對(duì)照的類諾卡氏菌屬相對(duì)豐度低于其他處理，PPR、PER 和RVCR 處理的類諾卡氏菌屬相對(duì)豐度均高于PP、PE、PVC 處理；其中PER 處理的類諾卡氏菌屬相對(duì)豐度最高，為6.34%，顯著高于對(duì)照及PP、PE、PVC 處理。PP、PE 和PVC 處理的Oryzihumus相對(duì)豐度顯著高于其他處理及對(duì)照。

2.6 土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)及其與土壤化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系

聚類分析結(jié)果表明，微塑料和生物炭共存處理距離較近，與微塑料單一處理距離較遠(yuǎn)（圖6-a）。PCoA 分析進(jìn)一步證實(shí)了微塑料及其與生物炭共存處理與微塑料單一處理的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)差異明顯，PCoA1 和PCoA2 分別解釋了土壤細(xì)菌群落變異的12.3%和8.8%（圖6-b）。其中對(duì)照和PVC處理分布在同一象限內(nèi)，距離較近；PP、PE 處理之間距離近于其他處理；PPR、PER、RVCR 處理之間距離較近，說(shuō)明微塑料和生物炭共存處理的土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)相似度較高。總體而言，微塑料和生物炭共存處理的土壤細(xì)菌群落與微塑料單一處理之間差異較明顯，且影響高于微塑料單一處理。

為進(jìn)一步分析土壤化學(xué)性質(zhì)對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)與土壤化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行冗余分析（圖7）。通過(guò)冗余分析可知，RDA1 和RDA2 分別解釋了土壤細(xì)菌群落變異的38.04%和15.24%，前兩軸解釋了總變異的53.28%。土壤pH和有機(jī)碳、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、速效鉀含量對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)具有極顯著影響，土壤全氮和速效磷含量對(duì)土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)具有顯著影響。

圖7 屬水平土壤細(xì)菌群落和化學(xué)性質(zhì)的冗余分析

2.7 土壤細(xì)菌群落功能預(yù)測(cè)

根據(jù)OTUs 信息與KEGG 數(shù)據(jù)庫(kù)的OTUs 比較和注釋，獲得了6 類初級(jí)功能代謝傳遞（Ⅰ級(jí)）和45 類次級(jí)功能代謝途徑（Ⅱ級(jí)）（圖8）。6 類主要代謝途徑的相對(duì)豐度順序?yàn)樾玛惔x（65.78%）＞遺傳信息處理（10.42%）＞環(huán)境信息處理（8.88%）＞細(xì)胞過(guò)程（7.01%）＞人類疾?。?.98%）＞有機(jī)系統(tǒng)（2.93%）。微塑料及其與生物炭共存處理的新陳代謝、環(huán)境信息處理和有機(jī)系統(tǒng)的功能基因相對(duì)豐度均高于對(duì)照，而細(xì)胞過(guò)程、遺傳信息處理和人類疾病的功能基因相對(duì)豐度均低于對(duì)照。其中，微塑料和生物炭共存處理的新陳代謝功能基因相對(duì)豐度高于微塑料單一處理。45 類二級(jí)功能代謝通路中，相對(duì)豐度大于1%的二級(jí)功能代謝通路有21 類。其中，碳水化合物代謝、氨基酸代謝、能量代謝、輔助因子和維生素代謝、膜轉(zhuǎn)運(yùn)和核苷酸代謝的相對(duì)豐度均大于5%，為土壤細(xì)菌的主要子功能。微塑料及其與生物炭共存處理的碳水化合物代謝、氨基酸代謝、能量代謝和膜轉(zhuǎn)運(yùn)功能基因豐度均高于對(duì)照，其中PPR 處理最高；而輔助因子和維生素代謝功能基因豐度則是對(duì)照最高（表4）。

圖8 不同處理的土壤細(xì)菌功能多樣性熱圖

表4 不同處理的土壤細(xì)菌主要功能代謝通路 %

3 討論

3.1 生物炭對(duì)微塑料污染下土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

相關(guān)研究認(rèn)為，微塑料暴露在土壤中可導(dǎo)致土壤理化性質(zhì)發(fā)生變化（Ren et al.，2022）。pH 是決定土壤特性的主要非生物因素之一，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的“生物利用度”和微生物群落組成及活性有重要影響（Rousk et al.，2010）。本試驗(yàn)中，微塑料單一處理的土壤pH 增加不顯著，微塑料和生物炭共存處理的土壤pH 顯著增加，且與微塑料類型關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)。微塑料在老化和降解過(guò)程中，其含有的化合物會(huì)釋放到環(huán)境中從而影響土壤pH（Feng et al.，2022）。此外，不同類型的微塑料由于表面特性（如表面電荷）的差異，可以選擇性吸附帶負(fù)電荷或帶正電荷的物質(zhì)，改變土壤溶液中離子交換，最終誘導(dǎo)土壤pH 變化（Feng et al.，2022）。土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和活性對(duì)土壤pH 高度響應(yīng)，微塑料可能通過(guò)改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)間接影響土壤pH。Zhou 等（2021）研究認(rèn)為，微塑料誘導(dǎo)土壤pH 變化部分歸因于對(duì)土壤生物區(qū)系的干擾。低密度PE可改變氨氧化細(xì)菌豐度，隨著釋放H+離子，進(jìn)一步改變土壤pH（Rong et al.，2021）。今后，需進(jìn)一步揭示微塑料對(duì)土壤pH 的影響機(jī)制。微塑料和生物炭共存處理下土壤pH 顯著增加，可能與生物炭為堿性物質(zhì)有關(guān)。然而，生物炭與微塑料共存條件下土壤pH 也可能因微塑料類型的不同而有所不同，比如PE、PVC 和生物炭共存處理的土壤pH顯著高于其他處理。

土壤有機(jī)質(zhì)含量與土壤肥力和微生物活性密切相關(guān)。本試驗(yàn)中，單一微塑料處理降低了土壤有機(jī)碳含量，與Li 等（2021）的研究結(jié)果一致。其中，PE 處理的土壤有機(jī)碳含量最低，可能與PE 具有線性烴類結(jié)構(gòu)，分子尺寸大，缺乏官能團(tuán)和疏水性高有關(guān)，這使得該微塑料在自然條件下具有較強(qiáng)的抗降解能力（Miranda et al.，2020）。然而，戚瑞敏（2021）研究表明，微塑料（PE 和PVC）在恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)45 d 后，土壤有機(jī)碳含量隨微塑料添加量增加而增加，微塑料降解可作為土壤利用的碳源。本試驗(yàn)中，3 種類型的微塑料和生物炭共存處理均顯著提高了土壤有機(jī)碳含量，可能與含有生物炭有關(guān)，有利于提高土壤碳含量。不同類型微塑料單一處理均降低了速效鉀含量，可知微塑料對(duì)土壤速效鉀含量有負(fù)面影響。PP 和PE 處理增加了土壤速效磷含量，與Chen 等（2020）的研究結(jié)果一致。然而，Yang 等（2021）研究認(rèn)為，微塑料（PS、PE）可顯著降低土壤速效磷和速效鉀含量。本試驗(yàn)中，除PVC 處理外，其他處理速效磷含量均高于對(duì)照，其中PPR、PER 和PVCR 處理顯著高于對(duì)照。Yan 等（2021）研究認(rèn)為，1%的PVC 微塑料顯著降低了速效磷含量，而本試驗(yàn)中PVC 處理也降低了速效磷含量。然而，微塑料和生物炭共存處理顯著提高了土壤速效磷和速效鉀含量，說(shuō)明添加生物炭能夠減輕微塑料對(duì)土壤磷、鉀循環(huán)的負(fù)面影響。微塑料及其與生物炭共存下土壤磷和鉀轉(zhuǎn)化的機(jī)制及其影響還有待進(jìn)一步研究。

微塑料單一處理降低了土壤銨態(tài)氮含量，增加了硝態(tài)氮含量，可能是由于微塑料含有碳基和羥基基團(tuán)，吸收NH4+等陽(yáng)離子；同時(shí)，微塑料通過(guò)改善土壤孔隙度和通氣性，增強(qiáng)土壤中O2擴(kuò)散，進(jìn)一步加速銨態(tài)氮硝化（Green et al.，2016）。微塑料和生物炭共存處理的土壤硝態(tài)氮含量有所下降，可能與土壤pH 急劇上升有關(guān)，導(dǎo)致土壤氨氧化微生物數(shù)量減少，對(duì)硝化過(guò)程有抑制作用（Wang et al.，2017）；同時(shí)，微塑料和生物炭共存處理促進(jìn)了植株生長(zhǎng)，增強(qiáng)了植株對(duì)硝態(tài)氮的吸收。

3.2 生物炭對(duì)微塑料污染下土壤細(xì)菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)的影響

土壤微生物負(fù)責(zé)維持土壤活力，并在維持土壤生態(tài)系統(tǒng)的整體服務(wù)功能方面發(fā)揮著重要作用。當(dāng)土壤微生物生態(tài)環(huán)境受到干擾時(shí)，微生物數(shù)量、活性、多樣性和群落結(jié)構(gòu)就會(huì)受到影響。微塑料及其與生物炭共存處理的土壤細(xì)菌豐度均顯著高于對(duì)照，可能與土壤pH 有關(guān)，pH 升高有利于養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，有利于微生物生長(zhǎng)和繁殖。總體上，微塑料和生物炭共存處理的細(xì)菌豐度高于微塑料單一處理，可能由于生物炭的添加提高了土壤有機(jī)碳含量，為微生物生長(zhǎng)提供充足的碳源。Feng 等（2022）研究表明，微塑料對(duì)微生物群落豐富度和多樣性有負(fù)面影響，與本試驗(yàn)結(jié)果不一致。本試驗(yàn)中，微塑料及其與生物炭共存對(duì)土壤細(xì)菌豐富度有促進(jìn)作用，對(duì)細(xì)菌多樣性無(wú)顯著影響，可能與不同土壤類型具有抵抗各種干擾的內(nèi)在能力差異有關(guān)（Lee et al.，2017）。細(xì)菌豐富度增加，反映出微塑料可作為土壤稀有生物種類的食物資源，顯著改變一些細(xì)菌類群豐度，導(dǎo)致主要細(xì)菌定殖，意味著存在可以分解和利用塑料的代謝高效物種（McCormick et al.，2014）。微塑料和生物炭共存下土壤細(xì)菌Chao1 指數(shù)和ACE 指數(shù)較高，可能是由于生物炭的高表面積有助于微生物定殖，以及生物炭中的高灰分含量可為微生物提供必需的礦物質(zhì)（Igalavithana et al.，2019）。

微塑料通過(guò)影響土壤理化性質(zhì)，對(duì)土壤微生物群落和功能產(chǎn)生影響（Rillig et al.，2019）。微塑料可提供新的微生物生態(tài)位，促進(jìn)特定微生物群增殖，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的后果。不同類型微塑料由于吸附能力的差異，對(duì)微生物群落的影響也有所不同（Brodhagen et al.，2017）。微塑料可為某些異養(yǎng)微生物提供一種底物，作為一種“特殊的微生物積累器”，吸引參與MPs 生物降解的類群。費(fèi)禹凡等（2021）研究也認(rèn)為，添加微塑料對(duì)土壤細(xì)菌群落組成有顯著影響。本試驗(yàn)中，微塑料及其與生物炭共存不影響整體的細(xì)菌群落多樣性及組成，但改變了土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)，使特定的細(xì)菌優(yōu)勢(shì)類群相對(duì)豐度發(fā)生了顯著變化。放線菌門、變形菌門、綠彎菌門、厚壁菌門和酸桿菌門為優(yōu)勢(shì)菌門，與Fan 等（2022）的研究結(jié)果一致。放線菌門是包括極端環(huán)境在內(nèi)的各種生態(tài)區(qū)域中最豐富的種群之一，能夠在惡劣的環(huán)境條件下生存（Rampelotto et al.，2013）。微塑料及其與生物炭共存處理的放線菌門相對(duì)豐度均高于對(duì)照，除PE、PVC 處理外均與對(duì)照差異顯著?？梢?jiàn)，放線菌門具有在微塑料污染土壤中生長(zhǎng)的能力，可能是由于某些物種能夠使用合成水解酶降解微塑料（Zhang et al.，2019）；微塑料和生物炭共存時(shí)，放線菌門相對(duì)豐度較高，可能與土壤養(yǎng)分增加有關(guān)（Wang et al.，2019）。

變形菌門被認(rèn)為是最大的細(xì)菌門之一，其具有相當(dāng)大的生理、形態(tài)和代謝多樣性，是附著在微塑料上最常見(jiàn)的細(xì)菌門，在碳質(zhì)化合物的降解中起著重要作用，屬于異養(yǎng)性細(xì)菌（Spain et al.，2009）。Zhang 等（2019）研究認(rèn)為，變形菌門在聚乙烯降解中發(fā)揮著重要作用。微塑料單一處理的變形菌門相對(duì)豐度高于微塑料和生物炭共存處理，可能與變形菌門對(duì)土壤污染具有一定的耐受能力有關(guān)（Fran?ois et al.，2012）。綠彎菌門含有綠色色素，具有降解纖維素作用，與作物地上部生物量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（Podosokorskaya et al.，2013）。微塑料和生物炭共存處理的綠彎菌門相對(duì)豐度高于其他處理，其中PER 處理通過(guò)影響蔬菜生長(zhǎng)來(lái)促進(jìn)綠彎菌門繁殖和生長(zhǎng)。酸桿菌門是嗜酸性細(xì)菌，酸性土壤環(huán)境有利于其代謝活動(dòng)，偏好營(yíng)養(yǎng)貧乏的環(huán)境（Ito et al.，2017）。酸桿菌門相對(duì)豐度以對(duì)照最高，顯著高于其他處理，可能與土壤pH 最低有關(guān)；微塑料和生物炭共存處理的酸桿菌門相對(duì)豐度最低，進(jìn)一步證實(shí)了其為貧營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌。

3.3 生物炭對(duì)微塑料污染下土壤微生物功能的影響

微生物群落變化可能間接影響其代謝功能的多樣性。通過(guò)與KEGG 數(shù)據(jù)庫(kù)比較和注釋，發(fā)現(xiàn)微塑料及其與生物炭共存處理改變了土壤微生物的某些代謝功能。杜宇佳等（2019）研究認(rèn)為，土壤細(xì)菌群落功能特征與群落多樣性呈顯著正相關(guān)關(guān)系。微塑料及其與生物炭共存處理的新陳代謝、環(huán)境信息處理和有機(jī)系統(tǒng)的功能基因相對(duì)豐度均高于對(duì)照，有利于促進(jìn)土壤細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖，提高微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性（Kanokratana et al.，2011）。馬欣等（2021）研究表明，土壤細(xì)菌群落中主要的代謝功能為新陳代謝中的碳水化合物代謝、氨基酸代謝、能量代謝、輔助因子和維生素代謝。膜轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)細(xì)胞的存活至關(guān)重要，可以承受細(xì)菌環(huán)境中的任何不良變化。Fei 等（2020）研究認(rèn)為，微塑料處理的碳水化合物相關(guān)基因豐度均大于對(duì)照，與本試驗(yàn)結(jié)果一致。微塑料和生物炭共存處理提高了碳水化合物代謝、氨基酸代謝、核苷酸代謝等必需代謝功能基因豐度，且均高于其他處理，可能由于添加生物炭增強(qiáng)了土壤有機(jī)碳含量，促進(jìn)了細(xì)菌對(duì)土壤氮、磷的利用能力，增強(qiáng)了細(xì)菌群落對(duì)外界的抵抗能力（Zhang et al.，2021）。然而，考慮到PICRUSt 分析只能提供細(xì)菌群落的預(yù)測(cè)功能，需要進(jìn)一步結(jié)合宏基因組分析來(lái)評(píng)估微塑料及其與生物炭共存對(duì)土壤微生態(tài)造成的影響。

4 結(jié)論

施用生物炭可顯著提高微塑料污染下普通白菜鮮質(zhì)量、土壤pH 以及有機(jī)碳、速效鉀含量。微塑料及其與生物炭共存對(duì)土壤細(xì)菌豐度有顯著促進(jìn)作用；除PP 處理外，微塑料及其生物炭共存對(duì)土壤細(xì)菌Chao1 指數(shù)和ACE 指數(shù)有顯著促進(jìn)作用。添加生物炭顯著增加了微塑料污染下土壤放線菌門相對(duì)豐度，顯著降低了變形菌門相對(duì)豐度，酸桿菌門相對(duì)豐度也降低。土壤細(xì)菌群落功能預(yù)測(cè)表明，微塑料及其與生物炭共存處理增加了細(xì)菌中新陳代謝、環(huán)境信息處理和有機(jī)系統(tǒng)的功能基因相對(duì)豐度。